18. Схемотехникалық жобалау. Абстракция деңгейлері.

Схемотехникалық жобалау. Алдымен сандық микросхемаларды жобалаудың ертедегі, яғни 60 жылдардағы түрлеріне тоқталып кетейік. Осыдан ертерек заманда электрондық микросхемалар қолмен жасалынатын. Электрлік схемалар немесе схемалар қарындаш пен трафарет көмегімен сызатын. Құрылғыда қолданылатын логикалық вентильдер мен функциялардың атаулары белгіленетін және олардың арасындағы байланыстар да көрсетілетін.

Әрбір инженерлер тобында бір логикалық элементтер тобын екіншісімен

ауыстыруға мәжбүрлейтін логикалық минимизация функцияларын жақсы

орындайтын кем дегенде бір адам табылатын.

Конструкцияның жұмыс істеу дұрыстығы инженерлердің өздерімен

тексерілетін. Уақыт параметрлерінің верификациясы, яғни блок ішіндегі кіріс

пен шығыс арасындағы кідірістердің берілген мәнге ие болуын, уақыт

шектеулеріне қойылатын талаптарының дұрыстығын қарындаш пен қағаз

көмегімен тексеретін. Мұнда кейбіреулерінде механикалық немесе

электромеханикалық калькулятор болатын.

Сонан соң логикалық вентильдерді қалыптастыратын элементерді, яғни

транзисторлар мен олардың арасындағы байланыстарды көрсететін сызбалар

жасалынатын. Бұл схемалар кремнийлік кристалды жасағанда пайдалынатын

фотошаблонды жасау үшін қажет болған.

Жобалаудың бастапқы кезеңі. Логикалық модельдеу. Жүйелерді құрудың

алдында айтылған үрдісі өте қиынға түскені ғажап емес. Осыған орай белгілі

бір қадамдар жасау қажет болды. Сонымен көптеген компаниялар әр түрлі

бағытта осы проблдеманы шешуде жұмыс жасады. Мысалы, 60

жылдардыңсоңы мен 70 жылдардың басында функционалдық верификация

үрдісін жасау үшін логикалық модельдеу түріндегі элементар жүйелер,

арнайы программалар пйда болды.

Осындай схеманың жұмыс істеу принципін дұрыс түсіну үшін 4 суретте

көрсетілген схамға назар аударайық .

Қағазда жасалынған қарапайым схема

Бұл схема логикалық вентильдер негізіндегі құрылғы. Логикалық

вентильдер негізіндегі құрылғы деп логикалық вентильдер мен функциялар

және олардың арасындағы байланыстарды қамтитын жиынтық схеманы

түсінеді.

Логикалық модельдеуді орындау үшін, ең бірінші, инженерлерге

сызбаның вентильдер қосылыстарының кестесі деп аталатын (gate-level

netlist) мәтіндік сипатын жасау керек болды. Қазіргі дербес компьютерлердің

шығуынан бұл мәтіндік сипат белгілі бір файлға жазылатын болды (сурет 5).

Вентильдер қосылыстарының қарапайым

кестесі – мәтіндік файл

Сурет 5

Сонымен қатар, әрбір вентильге сигнал таралуының белгілі бір кідірісін

айқындау мүмкіндігі болды.

5 суретте көрсетілген қарапайым форма тек мысал үшін ғана келтірілген.

Бұл файл сол заманғы рухқа сай болып келеді.

Бірінші модельдеу жүйелері тек И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ және т.б. сияқты примитивті, қарапайым вентильдерді қамтитын. Мұндай құралдарды қарапайым модельдеу жүйелері деп атаған. Уақыт өте келе жүйелер күрделірек функцияларды сипаттауға мүмкін болды.

Келесі қадамда қолданушылар логикалық 0 мен 1 мәндерімен берілетін

тестілік вектор жиынын құра бастады. Мұндай тестілік векторлар мәтіндік те,

кестелік түрде де берілетін.

Тестілік вектор мысалын төмендегі суреттен көруге болады.

Осыдан кейін инженерлер логикалық модельдеу үрдісін іске қосатын.

Мұнда вентильдер қосылыстарының кестесін оқып схеманың виртуалды

бейнесін компьютер жадысында құра бастады. Сонан соң модельдеу

жүйелері бірінші мәтіндік вектордан оқуды бастайды, берілген мәндерді

виртуалды шығыстарға орнататын. Осылайша үрдіс әрбір келесі тестілік

вектор үшін орындалып, тестілік стенд жұмысы қалыптасады (сурет 6).

Тестілік векторлардың қарапайым

жиыны – мәтіндік файл

Жобалаудың соңғы қадамы. Компоновка. Логикалық модельдеу сияқты

жүйелер инженерлерге микросхеманың тақтада орналасу функционалдығын

анықтау үшін көмектескен. Бірақ кейбір компаниялар микросхеманың ішкі

түйіндерін жүйелеуге (компоновка) көмектесетін жобалау құралдарын

жасауда еңбек сіңірген. Компоновка термині кристалл бетінде вентильдердің

орналасуын және олардың арасындағы қосылыстарды қалай орнату қажет

екендігін білдіреді.

70 жылдардың басында Calma, ComputerVision, Applicon сияқты

компаниялар қолмен жасаған схемаларды сандық түрге айналдыруға

мүмкіндік беретін программалар жасады. Ол үшін құрылғы сызбасы

графикалық енгізудің кең сандық планшетке орналастырды. Фигура

шекарасын сандық түрге келтіру тышқан тәрізді құрылғымен жүзеге

асырылды. Осындай әдіспен жасалған мәтіндік файлдар кремний кристалын

өніруде қолданатын фотошаблон жасауда қолданылатын.

Белгілі бір уақыт өткеннен кейін бұл бірінші компьютерлік құралдар

көпбұрыштар редакторы деп аталатын интерактивті программалар деңгейіне

дейін өсті. Бұл программалар компьютер экранында көпбұрыштарды салуға

мүмкіндік берді.

Жобалаудың алғашқы кезеңінде, яғни схеманы сипаттау мен

функционалдық бақылауда қолданатын логикалық модельдеу сияқты

жобалау құралдары алғашқыда автоматты түрде құрудың (модельдеудің)

жүйелері (CAE – computer-aided engineering) деп аталатын.

80 жылдардан бастап барлық электронды компоненттер мен жүйелерді

автоматты жобалау жүйелері бір жалпы атауға ие болды – электронды

приборлар мен құрылғыларды жобалаудың автоматтандырылған жүйелері.

Сандық HDL-ң ең төмен абстракция деңгейі – схеманы транзисторлық

кілттер қосылыстарымен кесте түрінде сипаттауға болатын мүмкіндігімен

ерекшеленетін тразисторлық кілттер деңгейі. Одан жоғары деңгейде

вентильдер деңгейі орналасқан. Бұл схеманы қарапайым логикалық

вентильдер мен функциялар байланыстар кестесімен сипаттайды. Сондықтан

логикалық вентильдер қосылыстарының кестесінің бірінші нұсқалары

аппараттық құралдарды сипаттау тілдерінің қарапйым түрі болған [4, 320].

8 суретте көрсетілген осы екі деңгейлер құрылғыны сипаттаудың

құрылымдық түріне жатқызамыз.

Келесі күрделірек деңгей – құрылғыны сипаттаудың функционалдық түрі.

Абстракция деңгейлері